复合件的接头结构的制作方法
【专利摘要】本发明目的在于提供一种复合件的接头结构，重量轻且成本低，容易制造，能够抵抗大的剪切载荷，在由复合材料形成的复合件的接头结构中(1)，具有在所述复合件(10)的至少一面贴附的增厚用板(40a、40b)，把紧固部件(30)穿过在所述复合件(10)、所述增厚用板(40a、40b)和与所述复合件接合的相对侧部件(20)形成的通孔(24、26)并固定，由此而把所述复合件(10)和所述相对侧部件(20)紧固。
【专利说明】复合件的接头结构
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及由复合材料形成的复合件的接头结构。
【背景技术】
[0002]把纤维作为强化材料而把树脂作为基体材料的CFRP(碳素纤维强化塑料)、GFRP (玻璃纤维强化塑料)、BFRP (硼纤维强化塑料)、AFRP (芳族聚酰胺纤维强化塑料)等纤维强化复合材料(以下叫做“复合材料”)，作为重量轻且强度高的材料而在各种领域被利用。例如作为强化材料而使用碳素纤维的CFRP就同时具有极高的强度和重量轻，在航空器、船舶、汽车等各产业领域被广泛利用。
[0003]如图5所示，在把接合对象即相对侧部件与由这种复合材料构成的复合件接合的情况下，把螺栓30等紧固体穿过在复合件板10 (复合件)和相对侧部件20的凸缘部20a形成的通孔24，通过拧紧螺母32而把螺栓30固定，而多采用紧固复合件板10和相对侧部件20的接头结构I'。
[0004]这种接头结构I'在相对侧部件20有水平力H'在作用，在复合件板10和相对侧部件20在错开的方向有剪切载荷作用的情况下，要把螺母32强力拧紧，利用螺栓的轴力来把复合件板10和相对侧部件20牢固紧固，利用两者之间接合面的摩擦力来抵抗剪切载荷。但例如在飞机的主翼表皮使用复合件板10的情况下等，为了成为更安全的设计，要设计成为即使螺母32松了的情况下，利用螺栓30与复合件板10的抵接部(图5的a'部)的表面压力(承受表面压力)也能够抵抗剪切载荷。
[0005]在作用的水平力H大的情况下，虽然增加螺栓30的个数且把螺栓30变更成大的尺寸，在即使这样也难于应对时，则如图6所示的那样进行设计，把复合件板10'增厚，通过增加螺栓30与复合件板10'的抵接部a'的面积(承受面积)来把承受表面压力抑制在容许值以下。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献1:特开昭58-71151号公报
【发明内容】
[0008]发明要解决的问题
[0009]但如下所示，上述复合件板10'的增厚多有复合件制造上的问题。
[0010]即如图7(a)模式所示，复合件板10通过把由纤维和树脂构成的薄板状复合材料成形用原料IOa层合并一体化而形成。因此，如图7(b)放大所示，在形成增厚的复合件板10'时，在复合材料成形用原料IOa之外还需要准备与之长度不同的复合材料成形用原料IOai，把它层合成锥状并一体化，至少费事且成本高。
[0011]复合件板10'的板厚度变化率(锥的倾斜角度)也被制约，不能使板厚度太急剧变化。因此，需要增压范围以外的部分也被增厚，必然产生多余的材料，且使复合件板10'的重量增加的问题。[0012]在专利文献I公开有这样的接头结构:作为复合件制品的接合件接头结构，在复合件制品的接头部设置有螺旋状卷绕的复合件的凸台，把螺栓等紧固体穿过贯通该凸台的接头孔。但该专利文献I的接头结构，有难于在复合件制品的接头部设置螺旋状凸台的问题。
[0013]本发明是鉴于这种现有技术课题而开发的，目的在于提供一种复合件的接头结构，重量轻且成本低，容易制造，能够抵抗大的剪切载荷。
[0014]解决问题的技术方案
[0015]本发明为了达到上述现有技术的课题和目的，
[0016]本发明复合件的接头结构
[0017]在由复合材料形成的复合件的接头结构中，
[0018]具有在所述复合件的至少一面贴附的增厚用板，
[0019]把紧固部件穿过在所述复合件、所述增厚用板和与所述复合件接合的相对侧部件形成的通孔并固定，由此而把所述复合件和所述相对侧部件紧固。
[0020]本发明复合件的接头结构具有在复合件至少一面贴附的增厚用板，仅以增厚用板的厚度量增加承受面积，承受表面压力被抑制。这种增厚用板的贴附比复合件自身的增厚制约少，制造容易。由于能够仅在需要增厚的范围贴附增厚用板，所以不需要多余的材料，能够设定成重量轻且成本低的结构。
[0021]本发明的所谓“贴附”，意思是把增厚用板向复合件粘贴。具体的贴附方法，除了用粘接剂把增厚用板向复合件粘接的方法之外，还包含有:经由粘接剂把增厚用板向复合件层合并机械压接的方法、在复合件和增厚用板含有热固化性树脂的情况下把两者以层合的状态加热并一体化的方法等。
[0022]上述发明的所述增厚用板能够由与所述复合件相同的复合材料形成。
[0023]只要把增厚用板由与复合件相同的复合材料形成，则两者之间就不产生热膨胀差，所以不受伴随温度变化的热应力、热变形的影响，贴附质量稳定。
[0024]另外，上述发明的所述增厚用板能够由金属材料形成。
[0025]通过把增厚用板由金属材料形成，能够设定成有效利用金属材料性质的复合件的接头结构。即例如把增厚用板由延展性高的金属材料形成，且使形成在复合件的通孔比形成在增厚用板的通孔的孔径大，如后述那样而能够谋求在多个紧固体之间的承受表面压力均匀化。
[0026]另外，上述发明的所述增压用板能够由比所述复合件延展性还高的树脂基材料形成。
[0027]通过把增厚用板由比复合件延展性还高的树脂基材料形成，且使形成在复合件的通孔比形成在增厚用板的通孔的孔径大，如后述那样而能够谋求在多个紧固体之间的承受表面压力均匀化。
[0028]另外，例如采用高强度的金属材料，且使形成在复合件的通孔比形成在增厚用板的通孔的孔径大，使紧固体与复合件不抵接，还能够设定成仅由增厚用板来抵抗剪切载荷的结构。
[0029]另外，上述发明的所述增厚用板优选贴附在所述复合件的两面。
[0030]若把增厚用板贴附在复合件的两面，与把增厚用板仅贴附在复合件一面的情况相t匕，能够使复合件的应力分布一样。由于增厚用板与复合件的贴附面积成为两倍，所以能够把作用在贴附面的剪切力减少到1/2。
[0031]发明的效果
[0032]根据本发明，通过把增厚用板向复合件贴附而使承受面积增加，防止作用有过大的承受表面压力。因此，与把复合件自身增厚的现有复合件的接头结构相比，能够提供复合件的接头结构，重量轻且成本低，容易制造，能够抵抗大的剪切载荷。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]图1是表示本发明复合件的接头结构一实施例的图；
[0034]图2是把图1 (a)的A部放大表示的截面图；
[0035]图3是表示本发明其他实施例复合件的接头结构的图；
[0036]图4是表示螺栓位置与承受表面压力关系的曲线；
[0037]图5是表示现有复合件的接头结构的剖视图；
[0038]图6是表示现有复合件的接头结构的剖视图；
[0039]图7是模式表示图6的V部和B ^部的概略剖视图。
【具体实施方式】
[0040]以下根据附图更详细地说明本发明的实施例。
[0041]但本发明的范围并不限定于以下的实施例。被以下实施例所记载的结构零件的尺寸、材质、形状、其相对配置等，只要没有特别的记载，就不是把本发明的范围仅限定在此旨趣，而不过单单是说明例。
[0042]图1是表示本发明复合件的接头结构一实施例的图，(a)是俯视图，(b)是a-a线的剖视图；
[0043]如图1所示，本发明一实施例复合件的接头结构I是由复合材料形成的平板状复合件板10(复合件)的接头结构，利用多个(2个X4列)螺栓30和螺母32(紧固体)把相对侧部件20与复合件板10接合。
[0044]本发明所说的复合材料的意思是把纤维作为强化材料而把树脂作为基体材料的纤维强化复合材料。具体说就是，强化材料由碳素纤维构成的CFRP (碳素纤维强化塑料)、由玻璃纤维构成的GFRP (玻璃纤维强化塑料)、由硼纤维构成的BFRP (硼纤维强化塑料)、由芳族聚酰胺纤维构成的AFRP (芳族聚酰胺纤维强化塑料)等。
[0045]与复合件板10接合的相对侧部件20可以是由与复合件板10相同的复合材料形成的部件，也可以是由其他材料形成的部件，没有特别的限定。本实施例对于该相对侧部件20作用有大的水平力H，由此，在复合件板10与相对侧部件20的接合面作用有剪切力。另外，作为向复合件板10作用的剪切力的反力，是在螺栓30与复合件板10的抵接部(图1(b)的a部)作用有承受表面压力。
[0046]如图1所示，在复合件板10的两面贴附有增厚用板40a和40b。本实施例是利用树脂类粘 接剂来把增厚用板40a和40b粘接在复合件板10的两面。另外，本发明的所谓“贴附”，意思是把增厚用板向复合件粘贴，作为具体的贴附方法，除了上述的粘接以外，也可以是通过经由粘接剂把增厚用板向复合件层合并机械压接的方法、在复合件和增厚用板含有热硬化性树脂的情况下，把两者以层合的状态加热并一体化的方法等进行贴附。
[0047]如图2放大所示，把螺栓30穿过在复合件板10、增厚用板40a、40b和相对侧部件20的凸缘部20a形成的通孔24，通过由螺母32拧紧固定而把复合件板10和相对侧部件20紧固。若这样把增厚用板40a和40b向复合件板10粘接，则仅使增厚用板40a和40b的厚度部分增加承受面积，能够减少承受表面压力。
[0048]增厚用板40a和40b能够由与复合件板10相同的复合材料形成，也能够由与复合件板10不同的材料形成。只要根据复合件板10的用途等选择适当的材料使用便可。在把增厚用板40a和40b由与复合件板10不同的材料形成的情况下，由于后述的理由而优选比复合件板10延展性高的材料，例如由金属材料、比复合件板10延展性高的树脂基材料形成。
[0049]作为增厚用板40a、40b由与复合件板10相同的复合材料形成的情况的优点，能够例举以下一点:在复合件板10与增厚用板40a、40b之间不产生热膨胀差，所以不受随着温度变化产生的热应力、热变形的影响，贴附品质稳定。
[0050]作为把增厚用板40a、40b由金属材料形成时的优点，能够举出可以设定成有效利用金属材料性质的复合件板10的接头结构。具体说就是，例如把增厚用板40a、40b由延展性高的金属材料形成，且使形成在复合件板10的通孔比形成在增厚用板40a、40b的通孔的孔径大，对于螺栓30a~30d而能够谋求所作用的承受表面压力均匀化。把增厚用板40a、40b由比复合件板10延展性高的树脂基材料形成时的优点也是同样，通过使形成在复合件板10的通孔比形成在增厚用板40a、40b的通孔的孔径大，对于螺栓30a~30d而能够谋求所作用的承受表面压力均匀化。关于这点根据图3和图4说明。 [0051]图3是表示本发明其他实施例复合件的接头结构的图，(a)是剖视图，(b)是B部的放大图。图4是表示螺栓位置与承受表面压力关系的曲线，图中的符号α是对增厚用板40a、40b使用非延展性材料时的曲线，符号β是对增厚用板40a、40b使用延展性高的材料(例如金属材料)时的曲线。
[0052]图3所示复合件的接头结构I与上述的实施例不同，在复合件板10、增厚用板40a、40b和相对侧部件20的凸缘部20a形成的通孔26内，是复合件板10的通孔26a被形成得比增厚用板40a、40b的通孔26b径大。
[0053]如图4的符号α所示，承受表面压力是靠近水平力H作用位置近的螺栓30a最大，随着从水平力H的作用位置远离而变小，但在把通孔26如上述那样形成，且在对增厚用板40a、40b使用金属材料和比复合件板10延展性高的树脂基材料的情况下，在穿过有螺栓30的通孔26中，是形成在增厚用板40a、40b的通孔26b与螺栓30a抵接，增厚用板40a、40b塑性变形而通孔26b扩径。其扩径量是穿过有承受表面压力大的螺栓30a的通孔26最大，穿过有承受表面压力小的螺栓30d的通孔26最小。由此，使螺栓30a~30d与增厚用板40a、40b的抵接均匀化，如图4的符号β所示，对于螺栓30a~30d而承受表面压力被均匀化。由此，能够防止承受表面压力在一个螺栓30集中，所以能够减少螺栓30破损的危险。
[0054]例如，本实施例通过对于增厚用板40a、40b采用高强度的金属材料，使螺栓30与复合件板10不抵接，还能够设定成仅由增厚用板40a、40b来抵抗剪切载荷的结构。
[0055]本发明中，作为在增厚用板40a、40b所使用的金属材料，优选高延展性、高强度且重量轻的金属材料，例如钛合金、MP-35N(AMS5758)、lnco600 (AMS5687)等高镍合金、钴合金、A286 (AMS5731、AMS5737)等耐腐蚀钢等特别适合使用。
[0056]本发明中，作为在增厚用板40a、40b所使用的树脂基材料，例如在复合件板10使用CFRP的情况下，能够举出GFRP、AFRP等的比CFRP延展性高的复合材料。作为本发明的树脂基材料，也能够采用没被纤维强化的树脂材料，例如能够举出聚碳酸酯等具有与环氧树脂同等以上强度且比复合件板10延展性高的树脂材料。
[0057]如以上，根据本发明复合件的接头结构1，具有在复合件板10两面贴附的增厚用板40a、40b，仅在增厚用板40a、40b的厚度部分增加有承受面积，承受表面压力被抑制。把增厚用板40a、40b向复合件板10的贴附比现有这样使复合件自身的增厚制约少，制造容易。根据本发明，由于能够仅在需要增厚的范围贴附增厚用板40a、40b，所以不需要多余的材料，能够设定成重量轻且成本低的结构。
[0058]上述实施例在复合件板10的两面贴附增厚用板40a、40b。若这样把增厚用板40a、40b贴附在复合件板10的两面，与把增厚用板40仅在复合件板10 —面贴附的情况相比，能够使复合件板10的应力分布一样，所以优选。由于增厚用板40与复合件板10的接触面积成为两倍，所以能够把作用在一个贴附面的剪切力减少到1/2。
[0059]但本发明复合件的接头结构I并不限定于此，至少在复合件的一面贴附有增厚用板便可。
[0060]上述实施例以平板状复合件板10的接头结构I为例进行了说明，但本发明的复合件并不限定于平板状的复合件，例如也可以是管状的复合件。
[0061]以上说明了本发明的优选形态，但本发明并不限定于上述形态，在不脱离本发明目的的范围能够有各种变更。
[0062]产业上的利用可能性
[0063]本发明作为由复合材料形成的复合件的接头结构，能够在飞机、船舶、汽车等各领域利用。
【权利要求】
1.一种复合件的接头结构，其特征在于， 在由复合材料形成的复合件的接头结构中， 具有在所述复合件的至少一面贴附的增厚用板， 把紧固部件穿过在所述复合件、所述增厚用板和与所述复合件接合的相对侧部件形成的通孔并固定，由此把所述复合件和所述相对侧部件紧固。
2.如权利要求1所述的复合件的接头结构，其特征在于，所述增厚用板由与所述复合件相同的复合材料形成。
3.如权利要求1所述的复合件的接头结构，其特征在于，所述增厚用板由金属材料形成。
4.如权利要求1所述的复合件的接头结构，其特征在于，所述增压用板由比所述复合件延展性闻的树脂基材料形成。
5.如权利要求3或4所述的复合件的接头结构，其特征在于，使形成在所述复合件的通孔比形成在所述增厚用板的通孔的孔径大。
6.如权利要求1到5任一项所述的复合件的接头结构，其特征在于，所述增厚用板被贴附在所述复合件的两面 。
【文档编号】F16B5/02GK104024661SQ201280061547
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2012年12月17日 优先权日:2011年12月28日
【发明者】野中吉纪, 柏木圣紘, 阿部俊夫 申请人:三菱重工业株式会社